基于工程背景教育的資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐體系構(gòu)建及其應(yīng)用*

李 良，胡志泉，白曉琳，關(guān)曉彤，張冬梅，樊中免，楊旭鵬

(沈陽工業(yè)大學(xué)，遼寧 遼陽 111003)

資源循環(huán)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科是一門交叉學(xué)科，涉及環(huán)境工程、化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、材料工程、機(jī)械制造及其自動(dòng)化、電子信息工程等多個(gè)學(xué)科。主要研究廢棄物資源再生利用技術(shù)、關(guān)鍵機(jī)械零部件再制造、再生材料的性能和應(yīng)用、節(jié)能減排效益分析等相關(guān)資源循環(huán)的科學(xué)和技術(shù)問題，是國家鼓勵(lì)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)急需的新興學(xué)科，對于建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義。

資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)秉持立德樹人，滿足國家節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對人才的需求，聚焦石化、化工、材料等技術(shù)在石化、化工、新材料、新能源等行業(yè)轉(zhuǎn)型升級中的應(yīng)用，培養(yǎng)德、智、體、美、勞“五育并舉”的資源循環(huán)類高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用型高級專門人才。專業(yè)核心課程包括四大化學(xué)、資源微生物學(xué)、化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、污水處理及資源化、廢棄高分子材料及資源化等理論課程；以及廢棄物資源化課程設(shè)計(jì)、資源循環(huán)過程實(shí)訓(xùn)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐類課程，并且把這些課程作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ)課程。僅僅開設(shè)這些課程，還無法做到與時(shí)俱進(jìn)，緊緊跟隨十九大、國家十四五規(guī)劃的步伐，為彌補(bǔ)這種缺陷，構(gòu)建了創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系。在實(shí)踐教學(xué)過程中，遇到了諸多問題。例如，專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生確定目標(biāo)之后，涉及工藝設(shè)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測、產(chǎn)品表征、設(shè)備選擇、管路拆裝、電路控制、電工電子等知識。課外科技競賽時(shí)，也經(jīng)常碰到這類情況。為解決上述問題，本團(tuán)隊(duì)在2014年提出多學(xué)科多專業(yè)聯(lián)合實(shí)踐教學(xué)，于2019年組建創(chuàng)新實(shí)踐基層教學(xué)組織，構(gòu)建了基于工程背景理念[1-5]的實(shí)踐創(chuàng)新體系，并將之應(yīng)用于創(chuàng)新教育訓(xùn)練。

本專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建，其建設(shè)方向和重點(diǎn)主要放在國家安全、雙碳計(jì)劃以及國家“五位一體”戰(zhàn)略之生態(tài)安全。研究內(nèi)容涉及節(jié)能減排、水處理及資源化、廢棄高分子資源化、生物質(zhì)資源化、環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展等方面，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注國家生態(tài)安全和資源安全。

1 創(chuàng)新實(shí)踐體系構(gòu)建的必要性

資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建的初衷是服務(wù)國家生態(tài)文明建設(shè)，確保國家資源安全和生態(tài)安全，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。因此，本體系構(gòu)建是以下五個(gè)需要的必然。

1.1 是德育教育的需要

資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)的設(shè)立基于維護(hù)國家生態(tài)安全和資源安全以及環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展。以十九大和十四五規(guī)劃為契機(jī)，構(gòu)建創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系，擬進(jìn)行以下德育教育：結(jié)合十四五規(guī)劃，做好生態(tài)文明建設(shè)教育；結(jié)合“雙碳”計(jì)劃，做好節(jié)能減排教育；結(jié)合國家安全日，做好生態(tài)安全和資源安全教育。教育學(xué)生必須緊跟時(shí)代步伐，“勿以善小而不為”。以“無廢校園”建設(shè)為契機(jī)，進(jìn)行相關(guān)德育教育。

1.2 是個(gè)性化教育的需要

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育注重個(gè)性化培養(yǎng)，當(dāng)學(xué)習(xí)目標(biāo)確定之后，學(xué)生會(huì)專注于某些專業(yè)知識的強(qiáng)化學(xué)習(xí)，以便于為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)做好知識儲(chǔ)備。教育學(xué)生做事需要專注，做好四年學(xué)習(xí)規(guī)劃，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，做到從一而終。例如水稻之父—袁隆平，一生投入到水稻的培育事業(yè)中。因此創(chuàng)新實(shí)踐體系的構(gòu)建是個(gè)性化教育的需要。

1.3 是體育教育的需要

在創(chuàng)新實(shí)踐過程中可能需要遠(yuǎn)行去采集樣品，無畏前路艱險(xiǎn)，需要強(qiáng)大的體魄，團(tuán)隊(duì)中至少有一個(gè)這樣的成員。例如，我們學(xué)校做精準(zhǔn)扶貧工作，在做“因病致貧”調(diào)查時(shí)，為了查明到底什么原因致病，組織學(xué)生進(jìn)行了一次樣品采集，因?yàn)榫谔镩g，車輛進(jìn)不去，只能徒步進(jìn)出。那次共采集土樣20 kg，食材20 kg，水樣25 L，走了近20 km的路程，還要將樣品從一樓搬運(yùn)到四樓，試想，沒有強(qiáng)健的體魄，很難完成這樣的工作。因此，創(chuàng)新實(shí)踐體系的構(gòu)建需要體育教育的配合。

1.4 是美育教育的需要

美育教育所述的美即“四美”，包括“心靈美、語言美、行為美、環(huán)境美”，本創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)體系服務(wù)城鄉(xiāng)乃至國家環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展，需要進(jìn)行美育教育，尤其是維護(hù)環(huán)境美。例如“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案提出“無廢城市”建設(shè)，而我們從小事做起，提出“無廢校園”建設(shè)，以學(xué)生為種子，將“無廢”理念帶到社會(huì)的每一個(gè)角落，以期服務(wù)“無廢城市”建設(shè)，進(jìn)而服務(wù)國家生態(tài)文明建設(shè)。

1.5 是勞動(dòng)教育的需要

本創(chuàng)新實(shí)踐體系指導(dǎo)學(xué)生如何做好實(shí)踐規(guī)劃、如何實(shí)施實(shí)踐規(guī)劃，這就需要進(jìn)行勞動(dòng)教育。有一句老話，“心往一處想，勁往一處使”，則事必成。勞動(dòng)過程中，既有分工又有合作，既強(qiáng)調(diào)個(gè)性化，又強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)意識，雖然每個(gè)學(xué)生、乃至每個(gè)團(tuán)隊(duì)的勞動(dòng)內(nèi)容、勞動(dòng)量均不一致，看似各做各的，其實(shí)都在為一個(gè)目標(biāo)努力。因此，勞動(dòng)教育成為必須。

2 創(chuàng)新實(shí)踐體系構(gòu)建

2.1 制度建設(shè)

實(shí)踐訓(xùn)練，安全先行；以人為本，安全第一，因此必須首先建立安全按制度。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生必須接受安全教育。模擬工廠的管理制度包括學(xué)生安全教育以及考試制度、學(xué)生簽到制度、學(xué)生值班制度以及操作規(guī)程制度。安全教育之后，進(jìn)行安全教育考試，必須達(dá)到滿分才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2 創(chuàng)新實(shí)踐基層教學(xué)組織建設(shè)

2014年開始指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練，教師團(tuán)隊(duì)主要以專業(yè)教研室教師為主，針對學(xué)生的指導(dǎo)群策群力，各負(fù)其責(zé)。另外，針對非專業(yè)知識，聘請外專業(yè)教師參與指導(dǎo)。教師之間互相學(xué)習(xí)，提高自身水平，真正實(shí)現(xiàn)多專業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)踐。例如，在創(chuàng)新訓(xùn)練中，專業(yè)教研室教師主要負(fù)責(zé)指導(dǎo)選題、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施、文獻(xiàn)檢索與科技寫作。在實(shí)施過程中，遇到自控問題，聘請自動(dòng)化專業(yè)老師指導(dǎo)自控知識，物理教研室老師指導(dǎo)電工電子知識，裝備專業(yè)老師負(fù)責(zé)設(shè)備選型及管路拆裝，確保實(shí)踐教學(xué)順利進(jìn)行。撰寫材料，潤色文字，由專業(yè)老師負(fù)責(zé)。

于2019年組建創(chuàng)新實(shí)踐基層教學(xué)組織，成員包括化工、環(huán)境、機(jī)械、自動(dòng)化等專業(yè)的老師，進(jìn)一步明確了訓(xùn)練內(nèi)容與形式，指導(dǎo)教師職責(zé)。

2.3 開放實(shí)驗(yàn)室

經(jīng)學(xué)院批準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)室面向?qū)W生創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)全天候開放，隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。要求進(jìn)入后必須嚴(yán)格執(zhí)行簽到制度、實(shí)驗(yàn)室安全制度和操作規(guī)程制度等。

2.4 課題來源

創(chuàng)新課題以國家規(guī)劃熱點(diǎn)問題為主，例如節(jié)能減排教育、污水處理及資源化、廢棄高分子及資源化，將這些內(nèi)容融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐，為以后的工作和創(chuàng)業(yè)打下基礎(chǔ)。主要過程包括從實(shí)驗(yàn)到畢業(yè)設(shè)計(jì)、從實(shí)驗(yàn)到創(chuàng)新訓(xùn)練，同時(shí)兼顧個(gè)性化培養(yǎng)。

3 創(chuàng)新實(shí)踐體系應(yīng)用

3.1 實(shí)現(xiàn)措施

學(xué)生入學(xué)之初，進(jìn)行勵(lì)志教育，做好四年規(guī)劃，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)。結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，了解熱點(diǎn)問題；結(jié)合自身興趣，參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)；結(jié)合創(chuàng)新教育，培養(yǎng)實(shí)踐能力；結(jié)合創(chuàng)業(yè)教育，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識；結(jié)合校企合作，做到產(chǎn)學(xué)研用。

3.2 實(shí)施過程

指導(dǎo)學(xué)生做好大學(xué)四年的學(xué)習(xí)規(guī)劃，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，確定學(xué)業(yè)目標(biāo)，為維護(hù)國家生態(tài)安全和資源安全而學(xué)習(xí)，融入與本專業(yè)有關(guān)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)，進(jìn)而在畢業(yè)之后能更好的服務(wù)社會(huì)和人民。在教師團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)下，引導(dǎo)學(xué)生先創(chuàng)新、再創(chuàng)業(yè)。

3.2.1 組建創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，形成凝聚力

引導(dǎo)學(xué)生組建創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，要求團(tuán)隊(duì)成員有共同的興趣愛好，并能夠形成合力，成員之間做到互通有無。在團(tuán)隊(duì)中，隊(duì)長具有一定的組織、協(xié)調(diào)和指揮團(tuán)隊(duì)開展工作的能力；成員具有獨(dú)立或合作開展工作的能力，不能互相觀望；至少有一名成員能就團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目，以口頭、文稿、圖表等方式，準(zhǔn)確表達(dá)自己的觀點(diǎn)，回應(yīng)質(zhì)疑。

3.2.2 指導(dǎo)過程

教師團(tuán)隊(duì)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)國家和地方規(guī)劃，了解本專業(yè)發(fā)展趨勢和熱點(diǎn)問題。灌輸“先創(chuàng)新、再創(chuàng)業(yè)”理念，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下基礎(chǔ)。

創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，自由組合，提出創(chuàng)新目標(biāo)，然后調(diào)研，與指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)討論，擬定研究課題，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)方法，然后實(shí)施，實(shí)施過程多數(shù)融入到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。我們的具體做法是：在專業(yè)介紹和專業(yè)導(dǎo)論課程講授過程中讓學(xué)生了解自己的專業(yè)，做好四年規(guī)劃，設(shè)定創(chuàng)新目標(biāo)。在后續(xù)的實(shí)踐學(xué)過程中，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新訓(xùn)練。同時(shí)教師團(tuán)隊(duì)對學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的文獻(xiàn)檢索、科研論文、結(jié)題報(bào)告、專利寫作等方面的指導(dǎo)，既有統(tǒng)一講授，又有單獨(dú)指導(dǎo)，相輔相成。以資源微生物學(xué)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)為例，總學(xué)時(shí)24學(xué)時(shí)，1.5學(xué)分。其中驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)?！爸舅嵘a(chǎn)廢水降解菌(群)的馴化、分離及應(yīng)用”設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，以遼陽市某脂肪酸廠生產(chǎn)廢水為目標(biāo)，該廢水特點(diǎn)為高鹽、高COD、高色度，以光合細(xì)菌為出發(fā)菌株，經(jīng)過馴化與分離，得到了能夠處理脂肪酸廢水的耐鹽光合細(xì)菌菌株，該菌株保藏在資源循環(huán)實(shí)驗(yàn)室。鑒于“脂肪酸生產(chǎn)廢水降解菌(群)的馴化、分離及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)成果，成功申報(bào)了2018遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目“光合細(xì)菌處理脂肪酸廢水”(省級)。目前，該項(xiàng)目已結(jié)題，發(fā)明專利“一種光合細(xì)菌處理脂肪酸廢水生產(chǎn)菌體蛋白方法”已經(jīng)于2021年7月獲得授權(quán)，專利號：2018 1 1165625.8，授權(quán)公告號：CN 109205798。同時(shí)，為了優(yōu)化該菌株處理脂肪酸廢水的條件，該課題被選為2018年畢業(yè)論文題目“耐鹽菌的篩選及其處理脂肪酸廢水研究”。論文中，優(yōu)化了脂肪酸廢水的處理?xiàng)l件，收獲了菌體蛋白，并進(jìn)行了彩霞魚喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，取得了階段性成果。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)“高濃度有機(jī)廢水降解菌(群)的馴化、分離及應(yīng)用”。高濃度有機(jī)廢水來自遼陽市某化工廠生產(chǎn)過程，其COD為300000 mg/L，其中除了碳、氫、氧，沒有其他微量元素和營養(yǎng)物質(zhì)，通過投加營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素液，以酵母為出發(fā)菌株，進(jìn)過馴化與分離，收獲了高濃度有機(jī)廢水降解菌株，與遼陽宇凈環(huán)保有限公司合作，委托上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司鑒定，該菌株為Fusarium_fujikuroi(合同編號為MJ20190520054)。該菌株保藏在資源循環(huán)實(shí)驗(yàn)室。該課題被選為2019年畢業(yè)論文題目，對前述條件進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，對該廢水的處理效果良好。

3.3 收獲成果

本創(chuàng)新實(shí)踐體系構(gòu)建至今，也就是從2014年至今，學(xué)生得到鍛煉的同時(shí)，教師也收獲了一定的成果，現(xiàn)將成果分述如下。

3.3.1 創(chuàng)新實(shí)踐體系服務(wù)實(shí)踐教學(xué)

宏偉區(qū)新開河黑臭水體治理項(xiàng)目，因?yàn)槠涔に嚨木C合性、實(shí)用性、真實(shí)性，被列為專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并參加了“遼寧省普通高等學(xué)校本科大學(xué)生環(huán)境生態(tài)保護(hù)科技大賽”；結(jié)合新農(nóng)村建設(shè)，開發(fā)了“微污染水源水生物活性處理技術(shù)”；結(jié)合實(shí)驗(yàn)室廢水處理，進(jìn)行了“實(shí)驗(yàn)室廢水資源化研究”，三者均被列為專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，后者被作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。

3.3.2 創(chuàng)新實(shí)踐體系服務(wù)專業(yè)建設(shè)

專業(yè)建設(shè)需要?jiǎng)?chuàng)新實(shí)踐體系支撐，尤其是項(xiàng)目成果(如專利、論文、獲獎(jiǎng)等)等的支撐。創(chuàng)新實(shí)踐體系教學(xué)團(tuán)隊(duì)宮指導(dǎo)給類項(xiàng)目指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目40余項(xiàng)，獲得省級以上獎(jiǎng)勵(lì)30余項(xiàng)，2項(xiàng)發(fā)明專利和1項(xiàng)實(shí)用新型專利獲得授權(quán)，發(fā)表論文3篇。

4 結(jié) 語

經(jīng)過近5年的建設(shè)，基于工程背景教育理念的實(shí)踐創(chuàng)新體系在校、院兩級部門領(lǐng)導(dǎo)下，正平穩(wěn)有序的在教學(xué)中應(yīng)用，也會(huì)進(jìn)一步在實(shí)踐中不斷完善。相信，在不久的將來會(huì)取得更好的成績。